超聲波測距離課程設計

1. 超聲波測距時計算距離的編程實現

簡單的很簡單,復雜的很復雜,有興趣可以聊聊.

2. 超聲波測距離

一種用於汽車倒車避撞的超聲波無線距離測量系統

Research of Ultrasonic Distance Measurement System
Abstract: A kind of ultrasonic distance measurement system used in the car is designed in this paper. The system includes the lower microcomputer system and the upper microcomputer system. The lower microcomputer system is mainly composed of ultrasonic transmitting circuit, receiving circuit ，wireless communicating mole and microcomputer. The data from the lower microcomputer system is transmitted to the upper microcomputer system by the wireless way. The design principle of ultrasonic distance measurement circuit is analyzed. The design method that the data is transmitted is also introced. The system is of the characteristics of measurement convenience, fast response and stability.
Key words : wireless communicating；； ultrasonic；distance measurement；temperature compensation
摘 要：本文介紹一種用於汽車倒車避撞的超聲波無線距離測量系統。系統由下位機與上位機兩部分組成，下位機主要由超聲波發射電路、超聲波接收電路、無線收發模塊及單片機組成，上位機由單片機、無線收發模塊、顯示電路等組成，下位機與上位機之間通過無線收發模塊傳輸信息。文中分析了超聲波測距電路的設計方法，敘述了採用無線通信技術實現數據遠程傳輸的設計思路。該系統測量距離方便、靈活、穩定。
關鍵詞：無線通信；單片機；超聲波；距離測量；溫度補償

1. 引言
隨著經濟的發展，人們的生活水平越來越高。當今，對許多人來說，汽車進入家庭已不再是奢望，但隨之而來的事情就是如何保證汽車使用過程中的安全問題，特別是如何防止汽車與其他物體碰撞的事情發生。據初步調查統計，l5%的汽車事故是由汽車倒車「後視」不良造成的。因此，增強汽車的後視能力，對於提高行車安全，減輕司機的勞動強度和心理壓力，是十分重要的。如果車輛能適時檢測與周圍障礙物的距離並給出警告信息，使司機及早採取行動，可避免車輛相撞事故的發生。
隨著科學技術的發展，用超聲波進行無接觸測量得到了廣泛的應用。超聲波是由機械振動產生的,可在不同介質中以不同的速度傳播，它具有定向性好、能量集中、在傳輸過程中衰減較小，反射能力較強，在惡劣工作環境下具有一定的適應能力等優點。因此可用於液位測量、車輛自動導航[2]等領域。本文介紹一種基於無線數據傳輸方式的超聲波車輛倒車避撞預警系統。
2. 超聲波測距原理
發射的超聲波遇到障礙物時就會發生反射，反射波可由接收器接收，這樣只要測出超聲波從發送點到反射回來的時間間隔Δt，然後根據公式（1）即可求出超生波從發射處到障礙物之間的距離。
S=CΔt/2 （1）
式中：S—超生波發射處與障礙物間的距離
C—超聲波在介質中的傳播速度
由於超聲波是一種聲波，其聲速C受環境溫度的影響，關系如式（2），因此使用超生波測量距離時應該採用溫度補償的方法對式（1）中的聲速值加以校正。
C=331.4+ 0.61×T （2）
式中：T—環境溫度
3. 硬體電路設計
如圖1，硬體電路主要由單片機、超聲波感測器、溫度測量電路、無線收發模塊等組成。
系統中單片機均採用ATMEL公司的AT89S51作為核心控制晶元，它與MCS-51的指令和引腳兼容[1]，並且具有ISP在線編程功能，便於系統的設計和調試。
超聲波感測器是超聲波測距電路中的重要元件,其性能優劣直接影響到測距准確度和可靠性。通常超聲波感測器有兩類:一類是發射電路和接收電路互相獨立的分體式超聲波感測器,此類感測器測距有效范圍比較大,但不具備防塵、防水性能。另一類是同時具有發射與接收功能的收發一體式超聲波感測器，此類超聲波測距有效范圍比較小,但防塵、防水性能好。該系統選擇分體式超聲波感測器。
考慮到超聲波具有指向性，本系統在汽車尾部左、右兩個部位各安裝一個超聲波傳
感器，適當調整安裝位置，可准確測量汽
車後部障礙物。

如圖1所示，下位機的P1.1、P1.2引腳分別用於控制兩路超聲波發射，INT0，INT1分別用於兩路超聲波信號檢測，P1.3用於溫度檢測，串口RXD、TXD分別連接無線收發模塊A的輸入、輸出端。同樣，上位機串口RXD、TXD分別連接無線收發模塊B的輸入、輸出端，當接收到下位機發送的測量數據時，下位機進行處理，然後顯示測量結果，當車輛離障礙物的距離超過安全警戒線時發出報警信號。
實際安裝時，該系統的下位機部分安裝在汽車的尾部，上位機部分安裝於駕駛室內。
3.1 超聲波發射電路
超聲波發射電路由超聲波換能器（或稱超聲波振頭）和超聲波發生器兩部分組成，電路如圖2所示。系統中，超聲波換能器的型號為CSB40T，它將超聲波發生器提供的電信號轉換為機械振動並發射出去。40KHz的超聲波信號是利用NE555時基電路振盪產生的，振盪頻率f ≈1.44/((R22+2×R23)×C21)，通過R23調節信號頻率，使之與換能器的40KHz固有頻率一致。工作時，下位機通過P1.1口定時向超聲波發生電路發出控制信號，超聲波發生電路產生40KHz的調制脈沖，經換能器轉換為超聲波信號向前方空間發射。

3.2 超聲波接收電路
超聲波接收電路採用了集成電路CX20106A，CX20106A是日本索尼公司生產的紅外遙控信號接收集成電路，它由前置放大、自動偏壓控制、振幅放大、峰值檢波和整形電路組成。該集成電路紅外發射的頻率38KHZ，超聲波換能器的固有頻率是40KHz，適當設計CX20106A外圍電路參數,就可以將其用於超聲波的接收放大電路，如圖3所示，引腳1為CX20106A信號輸入端，引腳2為CX20106A的RC網路連接端，引腳3為CX20106A檢波電容連接端，
引腳4為CX20106A的接地端，引腳5為CX20106A帶通濾波器中心設置端，引腳6為CX20106A積分電容連接端，引腳7為CX20106A信號輸出端，引腳8為CX20106A供電電源端。

工作時，換能器CSB40T將所接收到的微弱聲波振動信號轉化成為電信號，送給CX20106A的輸入端1，當CX20106A接收到信號時，7腳就會輸出一個低電平，可用於下位機的中斷信號源。當下位機接收到中斷信號時，說明檢測到了反射回來的超聲波，下位機就進入中斷狀態，開始距離計算，並將計算結果發送給上位機。
3.3溫度檢測電路
溫度檢測電路採用DALLS公司的1-WIRE式匯流排器件DS18B20數字溫度感測器，電路連接非常簡單，但是必須保證時序與單片機嚴格同步。DS18B20具有9，10，11，和12位轉換精度，未編程時默認精度為12位，測量精度一般為0.5℃，軟體處理後可達0.1℃。溫度輸出以16位符號擴展的二進制數形式提供，低位在先，以0.0625℃/ LSB形式表達，高五位為擴展符號位。轉換周期與轉換精度設定有關，9位精度時，最大轉換時間為93.75ms；12位精度時，最大轉化時間為750ms。在本系統中採用默認的12位精度。關於DS18B20的使用方法可參考有關書籍。
3．4 數據無線收發模塊
為避免在車內鋪設電纜，系統的上位機部分與下位機部分採用無線的方式進行通信。
無線通信模塊採用PTR2000，它是收發一體的工作在國際通用數傳頻段433MHz的無線通信模塊，最高傳輸速率可以達到20Kbit/s，功耗低，待機狀態下僅為8μA，可以直接與單片機的串口連接使用。PTR2000的引腳定義如下：TXE是發送控制端；PWR是節能控制端；DI是數據輸入端；DO是數據輸出端；CS是頻道選擇端。
硬體連接時，由單片機3個通用I/O口分別控制TXE、PWR、CS，單片機的串口與DI，DO連接。TXE為1時，為發送狀態，TXE為0時，為接收狀態。狀態轉換需要5毫秒。PWR為0時，為節電待機狀態，此時模塊無法進行接收或者發送。
無線通信具有無需布線、便於安裝、靈活性強等諸多優點，但是數據在傳輸過程中難以避免的會產生誤碼，而且產生誤碼的幾率要遠遠大於有線網路，並且誤碼的產生與多方面的因素有關，因此有很大的不確定性。所以必須採用一種差錯控制機制，該系統採用停止等待協議來實現差錯控制。此外，還採用校驗機制以確定何時需要重傳，CRC校驗碼的檢錯能力很強，它除了能檢查出離散傳輸錯誤外，還能檢查出突發傳輸錯誤。考慮到硬體和傳輸的開銷問題，使用CRC16校驗碼。
PTR2000靈敏性很高，在無載波的情況下在接收端會產生隨機的數據，因此需制定傳輸協議，格式如表1所示。通信協議中，必須在有效數據前加上兩個或多個固定的前導字元作為同步信號，使得接收端能夠辨別出有效數據的開始。

前導字元採用0xAA、0xAA、0xFF、0x00共4位元組，其中前兩個位元組為同步信號，後兩個位元組為幀開始標志，接收端只要能夠接收到0xAA、0xAA、0xFF與0x00，就可以認為新的一幀開始了。幀類型分為數據幀、有序數據幀、控制命令幀、確認幀等多種幀類型。幀編號為可選項，與幀類型相關，只有幀類型是有序數據幀時才有效。校驗為2位元組CRC16校驗碼。幀結束標志：為0x00。
4.軟體設計
4.1下位機程序設計
下位機程序主要由數據通信程序、距離計算程序、溫度補償程序等組成。
距離計算程序流程圖如圖4所示。

溫度補償通常有兩種方法：一種方法是每次按照公式C=331.4+ 0.61×T計算當前聲速C，進行溫度補償。其特點是：根據當時的溫度得到精確聲速，從而計算得到的距離值也比較精確，但程序中牽涉到浮點數運算，由微處理器系統實現，難度較大。另一種方法是將溫度與聲速的對應關系列成溫度---聲速二維表，固化到系統中。溫度補償時，根據溫度---聲速表，查取最接近當前溫度的那個溫度所對應的聲速值，此聲速值即作為當前聲速。其特點是：避開了復雜的浮點運算和浮點運算後各位元組的提取操作，這樣既保證了一定的精度要求，又可以避免浮點運算。因此本系統採用方法二進行溫度補償。程序流程圖略。
4．2 上位機主程序設計
上位機與下位機通信時，上位機按照通信協議格式將開始測量命令發送給下位機，下位機接收到命令後就開始測量汽車離障礙物的距離，然後將測量結果發送給上位機，上位機先判斷前導字元來確定是否為有效數據，若是有效數據，則解開封包進行相應操作，否則丟棄該數據包，上位機再按照同樣的方式繼續發命令、接收數據，直到接收到正確的數據為止。程序流程圖如圖5所示。

5 結束語
通過對系統硬體電路和軟體的合理設計，本系統能在-20℃到50℃之間正常工作，三位數碼管以厘米為單位顯示距離，能准確判斷距離汽車1.5米內的物體並及時報警，提高了汽車倒車的安全性。本文的創新點是在汽車防撞系統中採用了數據無線通信策略，減少了車內布線。
參考文獻：
[1]MCS-51系列單片機應用系統設計，何立民，北京航空航天大學出版社，1990年.
[2]高准確度超聲波測距儀的研製，趙珂，向瑛等，感測器技術,2003年第2期.
[3]無線通信在嵌入式系統中的應用，曹玲芝，石軍等，微計算機信息，2005年第11期

作者簡介：
曹玲芝，女，1965年生，碩士，副教授，主要從事遠程測控技術研究。
聯系方式：鄭州輕工業學院電氣信息工程學院辦公室 郵編 450002
Email: [email protected]
任亞萍，女，1973年生,碩士生,主要從事計算機技術研究.

3. 超聲波測距儀的設計

採用超聲波測量抄大氣中的地面距離，是近代電子技術發展才獲得正式應用的技術，由於超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環境(如含粉塵)具有一定的適應能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術實現的，超聲測距儀的優點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。
超聲測距儀在先進的機器人技術上也有應用，把超聲波源安裝在機器人身上，由它不斷向周圍發射超聲波並且同時接收由障礙物反射回波來確定機器人的自身位置，用它作為感測器控制機器人的電腦等等。由於超聲波易於定向發射，方向性好，強度好控制，它的應用價值己被普遍重視。
總之，由以上分析可看出:利用超聲波測距，在許多方面有很多優勢。因此，本課題的研究是非常有實用和商業價值。
希望能幫到你!
祝你快樂!!

4. 超聲波測距課程設計，用protuce模擬，數碼管一直是0000，有大神知道為什麼嗎

看看IO口管腳有沒有插對，還有你初始化屏幕顯示的是什麼，如果沒有顯示你想要的東西，估計是IO口插錯或者管腳哪裡有問題了

5. 超聲波測距儀課程設計引言怎麼寫

超聲波是由機械振動產生的,可在不同介質中以不同的速度傳播。由於超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用於距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對於被測物處於黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環境下有一定的適應能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。特別是應用於空氣測距，由於空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結構信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其准確度也較其它方法為高;而且超聲波感測器具有結構簡單、體積小、信號處理可靠等特點。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於做到實時控制，並且在測量精度方面能達到工業實用的要求。
超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限;
聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本儀器採用超聲波渡越時間檢測法。其原理為:
檢測從超聲波發射器發出的超聲波，經氣體介質的傳播到接收器的時間，即渡越時間。渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸的距離。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時單片機開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。

6. 基於單片機超聲波測距距離問題.

電壓不夠，如果要再加大量程，最好用幾十V的電壓。

7. 如何提高超聲波測距距離

假如這套系統是個木桶，你閑它裝的水不夠多，實際上它的每一塊木板都短，而不是一塊兩塊。
從你描述的情況看，目前最大的瓶頸是驅動電壓和探頭。發射電壓提高到50-150Vp-p，採用開放式探頭，應該能測到5米左右。
如果要測到11米，我還不知道您希望測距的周期是多少，1秒一次？1秒10次？10秒1次？
1、如果測距的周期較長，可以進一步提高發射電壓，應達到200~800Vp-p（視探頭而定），建議用脈沖變壓器，驅動不能用74HC04了，換成開關管吧，瞬間電流估計應在1A-30A之間。周期長的好處是「不怕檢測失敗」，您可以在一個檢測周期內進行多次檢測，而最終的檢測結果，僅是你檢測成功的那一次。
2、如果測距的周期較短，一般要求每次檢測都要有較高的成功率，面對不同的環境和被測物體，測距系統對接收電路要求較高。在滿足1的前提下，還要改進接收電路，在放大1萬-100萬倍的情況下，噪音峰值電平應低於1Vp-p，20106恐怕難以勝任；
3、如果需要在室外使用，在滿足前兩條的前提下，還要採用防水型探頭，11米的檢測距離需要直徑50mm以上的超聲波探頭；
4、如果還需要全天候的高可靠運行，或者要較高靈敏度時，還要犧牲一些測距精度，把超聲波發射頻率從40KHz降低到25KHz~32KHz，以減少空氣損耗。

8. 超聲波測距儀畢業設計可以添加哪些功能

語音播報，開關控制，遠程數據輸出，液晶顯示。。。。。

9. 畢業設計--超聲波測距儀

相關資料，請參考

超聲波測距儀設計及其應用分析

[摘要] 本文利用超聲波傳輸中距離與時間的關系，採用AT89C51單片機進行控制及數據處理，設計出了能精確測量兩點間距離的超聲波測距儀。該測距儀主要由超聲波發射器電路、超聲波接收器電路、單片機控制電路、環境溫度檢測電路及顯示電路構成。利用所設計出的超聲波測距儀，對不同距離進行了測試，並進行了詳盡的誤差分析。
[關鍵詞] 超聲波測距 單片機 溫度感測器

隨著社會的發展，人們對距離或長度測量的要求越來越高。超聲波測距由於其能進行非接觸測量和相對較高的精度，越來越被人們所重視。本設計的超聲波測距儀，可以對不同距離進行測試，並可以進行詳盡的誤差分析。

一、設計原理

超聲測距儀是根據超聲波遇到障礙物反射回來的特性進行測量的。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時。 通過不斷檢測產生波發射後遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射超聲波和接收到回波的時間差T，然後求出距離L。基本的測距公式為：L=(△t/2)*C
式中 L——要測的距離
T——發射波和反射波之間的時間間隔
C——超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為340m/s
聲速確定後，只要測出超聲波往返的時間，即可求得L。

二、超聲波測距儀設計目標

測量距離: 5米的范圍之內;通過LED能夠正確顯示出兩點間的距離;誤差小於5%。

三、數據測量和分析

1.數據測量與分析
由於實際測量工作的局限性，最後在測量中選取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六個距離進行測量，每個距離連續測量七次，得出測量數據(溫度:29℃),如表所示。從表中的數據可以看出，測量值一般都比實際值要大幾厘米，但對於連續測量的准確性還是比較高的。
對所測的每組數據去掉一個最大值和最小值，再求其平均值，用來作為最終的測量數據，最後進行比較分析。這樣處理數據也具有一定的科學性和合理性。從表中的數據來看，雖然對超聲波進行了溫度補償，但在比較近的距離的測量中其相對誤差也比較大。特別是對30cm和50cm的距離測量上，相對誤差分別達到了5%和4.8%。但從全部測量結果看，本設計的絕對誤差都比較小，也比較穩定。本設計盲區在22.6cm左右，基本滿足設計要求。
2.誤差分析
測距誤差主要來源於以下幾個方面：
(1)超聲波發射與接收探頭與被測點存在一定的角度，這個角度直接影響到測量距離的精確值;(2)超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發;(3)由於工具簡陋，實際測量距離也有誤差。影響測量誤差的因素很多，還包括現場環境干擾、時基脈沖頻率等等。

四、應用分析

採用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術發展才獲得正式應用的技術，由於超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環境(如含粉塵)具有一定的適應能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術實現的，超聲測距儀的優點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。
超聲測距儀在先進的機器人技術上也有應用，把超聲波源安裝在機器人身上，由它不斷向周圍發射超聲波並且同時接收由障礙物反射回波來確定機器人的自身位置，用它作為感測器控制機器人的電腦等等。由於超聲波易於定向發射，方向性好，強度好控制，它的應用價值己被普遍重視。
總之，由以上分析可看出:利用超聲波測距，在許多方面有很多優勢。因此，本課題的研究是非常有實用和商業價值。

五、結論

本設計的測量距離符合市場要求，測量的盲區也控制在23cm以內。針對市場需求，本設計還可以加大發射功率，讓測量的距離更加的遠。在顯示方面，也可以對程序做適當改動，使開始發射超聲波時LED顯示出溫度值，到超聲波回波接收到以後通過計算得出距離值時，LED自動切換顯示距離值，這樣在視覺效果上得到更加直觀的了解。

參考文獻:
[1]孫涵芳徐愛卿:MCS一51／96系列單片機原理及應用(修訂版)[M].北京：北京航空航天大學出版社.2002.46-170
[2]金篆芷王明時:現代感測器技術[M].電子工業出版社.1995.331—335
[3]孫涵芳徐愛卿:MCS一51／96系列單片機原理及應用(修訂版)[M].北京:北京航空航天大學出版社.2002.46-170
[4]路錦正王建勤楊紹國趙珂趙太飛:超聲波測距儀的設計[J].感測器技術.2002